同步发电机内部电气故障研究

论文摘要

发电机作为电力系统的核心关键设备,对电力系统的运行安全关系重大。随着660MW及1000MW机组的相继投产,发电机运行的可靠性和安全性越来越重要。发电机绕组内部故障一旦发展起来,将对发电机造成毁灭性的破坏。因此,对发电机绕组各种类型的内部故障进行故障分析与诊断的研究具有非常重要的理论和实用价值。本文采用多回路理论分析发电机定子绕组的故障机理,建立定子绕组在故障状态下的数学模型。分析同步电机的整个起动过程,并运用转子运动方程,分别分析定子绕组内部故障时各主要参数量在起动过程中的变化。根据分析结果和电力系统动态模拟实验室内的试验数据,分析定子绕组内部故障对每个主要电气量的干扰。论述发电机组在各种情况不同工况时、短路匝数也不相同的情况下,发电机定子三相电流、励磁电流等电气参数的的不同反应情况,总结各种故障的特点。研究发电机转子绕组匝间短路的故障发生机理,介绍了相关的常用在线诊断方法,详细分析了各种方法的优缺点,并重点分析了发电机转子绕组匝间短路引起的振动量和电气量变化情况。以一起发电机定子铁芯损坏故障为例,详细分析了故障发生的原因、发展过程及检查处理情况。通过发电机铁芯损耗实验来检查发电机铁芯硅钢片片间短路及处理情况,可以利用短路点涡流损耗大、温度高的特点灵敏地找出铁芯短路点,并通过发电机实际带满负荷运行测温,来检查铁芯处理的效果。结合发电机在线监测与诊断系统的意义、研究现状及一些已经开始使用的研究成果,并结合生产现场实际,重点介绍了大型发电机组在线监测与诊断系统的五种典型功能,对这些功能的研究应用状况、技术特点等做了较为详尽的阐述和分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 同步发电机内部短路故障分析研究现状
• 1.2.1 定子故障的研究现状
• 1.2.2 转子故障研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 同步电机定子绕组内部故障的数学模型
• 2.1 交流电机的多回路理论基础
• 2.2 同步电机内部故障时的基本方程
• 2.2.1 回路的选择
• 2.2.2 回路的电压方程和磁链方程
• 2.2.3 同步电机的约束方程
• 2.3 同步电机回路参数的特点
• 2.4 小结
• 第3章 同步发电机定子绕组内部故障的实验研究
• 3.1 发电机定子绕组内部短路故障的实验
• 3.1.1 试验接线和主要设备
• 3.1.2 试验的方法和测量的参数
• 3.2 试验结果和分析
• 3.2.1 发电机正常运行工况下
• 3.2.2 空载运行时定子绕组匝间短路故障试验
• 3.2.3 满载运行时定子绕组匝间短路故障的试验
• 3.3 发电机定子内部故障规律的探讨
• 3.3.1 三相定子电流和励磁电流按短路匝数的变化情况
• 3.3.2 用自适应陷波分析来找出故障特征量
• 3.4 小结
• 第4章 同步发电机转子绕组匝间短路故障机理研究
• 4.1 转子绕组匝间短路引起的气隙磁场畸变问题
• 4.1.1 气隙的磁通分布
• 4.1.2 微分探测线圈法应用及存在的问题
• 4.2 转子绕组匝间短路时引起的振动
• 4.2.1 转子匝间短路引起振动的原因分析
• 4.2.2 转子绕组匝间短路引起的振动特性
• 4.2.3 转子匝间短路故障时的振动监测
• 4.3 转子绕组匝间短路时发电机电气参数的变化
• 4.3.1 定子绕组中的偶次谐波电压
• 4.3.2 定子侧绕组中的环流
• 4.3.3 励磁电流与无功功率的关系
• 4.3.4 轴磁通与轴电压
• 4.3.5 转子匝间短路引起的功率损耗与交流电阻的变化
• 4.4 本章小结
• 第5章 发电机定子铁芯内部故障处理实例研究
• 5.1 发电机故障铁芯原因检查分析
• 5.2 发电机短路铁芯故障处理
• 5.3 发电机的铁芯损耗实验
• 5.3.1 定子铁芯参数
• 5.3.2 定子铁芯有效面积计算
• 5.3.3 励磁绕组和励磁电流的计算
• 5.3.4 电源与导线选择
• 5.3.5 实验接线
• 5.3.6 试验方法
• 5.3.7 试验注意事项
• 5.3.8 实验数据分析
• 5.3.9 处理效果检验
• 5.4 本章小结
• 第6章 发电机在线监测与诊断系统应用研究
• 6.1 系统概述
• 6.2 系统主要功能简介
• 6.2.1 定子绕组绝缘的在线监测系统
• 6.2.2 发电机局部过热的监测与诊断
• 6.2.3 定子绕组振动监测
• 6.2.4 转子绕组匝间短路的监测系统
• 6.2.5 汽轮发电机组的轴系扭振监测
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 作者简介
• 详细摘要